冗余数组边界检查与对象内联优化

论文摘要

Java是一门应用很广的流行语言。它有良好跨平台性和优秀的安全性等优点。但是同时运行速度低下一直成为它不足。本文试图从两个方面入手针对Java运行时性能进行调优。一方面是Java语言的异常安全机制。作为一个类型安全程序语言,Java要求对每次数组访问提供边界检查。这些检查指令减慢了Java程序的运行速度。算法ABCE在编译时维护并不断更新数组访问相关变量的取值信息,然后根据这些信息识别出那些冗余的数组边界检查,最后删除它们,从而达到提高程序性能的目的。另一方面是Java语言的面向对象特性。Java是一门面向对象语言。但是面向对象语言将引起数据在内存中分散分布,导致内存的局部性变差和程序解引用操作的增多,后果就是程序运行时性能退化。本文提供的对象内联优化将分析程序中的数据关系,并把符合条件的数据分配到内存的连续空间中,有效地缓解了性能退化。冗余数组边界检查消除和对象内联优化实现在基于开源open64平台的Java编译器opencj上。科学计算类测试集SciMark2.0的测试表明ABCE算法平均删除了76%的边界检查指令,其中LU子程序,该算法的加速近似达到理论最大值。对象内联优化的测试实验也表明,它能有效提高面向对象语言的运行时性能。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 性能瓶颈
• 1.3 优化方向
• 1.4 问题与方法
• 1.5 论文结构
• 第二章 背景知识
• 2.1 冗余数组边界检查消除背景
• 2.1.1 相关知识
• 2.1.2 ABCD算法
• 2.1.3 Wrthinger算法
• 2.1.4 约束图算法
• 2.2 对象内联背景
• 2.2.1 内联情况归类
• 2.2.2 wimmer的实现
• 2.2.3 域分析技术
• 2.3 Java静态编译器opencj
• 2.3.1 Java静态编译器
• 2.3.2 opencj
• 2.4 本章小结
• 第三章 冗余数组边界检查消除
• 3.1 简介
• 3.2 构建不等式图
• 3.2.1 遍历索引相关变量集
• 3.2.2 构建不等式图
• 3.2.3 产生索引取值信息
• 3.3 识别冗余类型
• 3.3.1 识别完全冗余边界检查
• 3.3.2 识别部分冗余边界检查
• 3.4 消除冗余数组边界检查
• 3.4.1 消除完全冗余边界检查
• 3.4.2 消除部分冗余边界检查
• 3.5 冗余数据边界检查消除算法的比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 对象内联
• 4.1 简介
• 4.2 算法设计
• 4.3 算法实现
• 4.3.1 系统框架
• 4.3.2 域处理
• 4.3.2.1 方法跟踪
• 4.3.2.2 能否对象内联
• 4.3.2.3 域载入优化
• 4.4 本章小结
• 第五章 性能测试
• 5.1 冗余数组边界检查消除
• 5.1.1 边界检查的消除
• 5.1.2 性能评估
• 5.2 对象内联优化
• 5.2.1 性能评估
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢